Новая концепция преподавания синтетической биологии: от молекул до общества
Синтетическая биология — наука о целенаправленном изменении биологических систем — развивается усилиями множества дисциплин. Это способствовало её расцвету, но создало проблему: отсутствие единого, целостного учебного плана для студентов. Подходы к обучению и научная литература в каждой из вовлечённых областей — от химической инженерии до этики — различаются.
Исследователи из Северо-Западного университета предлагают новую концепцию преподавания. Её основа — обучение через уровни организации: от молекулярного масштаба до масштаба общества. Это позволяет преподавать ключевые принципы и давать целостное представление о разработке устойчивых технологий синтетической биологии. Подход объединяет компоненты многих дисциплин, делая образование доступным для людей с разным бэкграундом.
Статья с описанием концепции опубликована в журнале Nature Communications.
Проблема текущего подхода
«Ранние версии курсов по синтетической биологии не имели концептуальной основы, — говорит ведущий автор работы, эксперт в области синтетической биологии Джулиус Лакс. — С образовательной точки зрения наблюдалась мешанина, зависящая от факультета. Мы бросили себе вызов: как объединить все эти дисциплины, разработать общую основу и создать общий язык?»
С появлением генной инженерии в 1970-х и популяризацией синтетической биологии с приходом CRISPR около 1990 года, область столкнулась с проблемой идентичности при отсутствии устоявшейся учебной программы.
Концепция пяти уровней
Идея разбить биологию на уровни организации возникла из обсуждения того, как большинство вводных курсов по биологии представляют континуум от ДНК к ткани и организму. На разных уровнях организации проявляются новые свойства: общество ведёт себя иначе, чем организм.
Согласно статье, синтетическую биологию можно разбить на пять компонентов:
Молекулярный
Схемы/сети
Клеточный
Биологические сообщества
Общественный
Ключевой элемент предлагаемой концепции — включение вопросов этики на каждом уровне.
Применение и успех
Апробировав учебный план на студентах бакалавриата и магистратуры, авторы обнаружили, что ключевые принципы (например, термодинамика и кинетика) естественным образом соотносятся с разными уровнями. Возникает вопрос: нужно ли понимать принцип всегда или его можно «игнорировать» до определённого масштаба?
Учебная программа также должна подкрепляться кейс-стади, которые помогают учащимся:
- анализировать, как инженерные решения на одном уровне влияют на биологическую функцию на другом;
- собирать потенциальные решения глобальных проблем на всех уровнях;
- определять влияние синтетической биологии на общественные цели и этические вопросы.
По словам Лакса и первого автора статьи Ашти Карима, представление этого подхода в аудитории имело большой успех: концепция «зашла» студентам с первого раза. Идея уровней организации оказалась настолько успешной, что Центр синтетической биологии Северо-Западного университета использует её для организации своих передовых совместных исследований.
Исследователи надеются, что учебный план может быть реализован гораздо шире, и предоставили ресурсы, позволяющие другим адаптировать подход под свои нужды и интересы.